KR100786944B1 - 계면활성제 미세기포를 이용한 하수 슬러지 상압부상 고농축 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수처리장의 침사지 생슬러지와 최종침전지 잉여슬러지 또는 혼합슬러지를 계면활성제 미세기포와 분산/발포 반응시켜, 혼합 슬러지 고형물의 수면 농축과 반류수의 처리효율을 개선하고, 하수처리장의 독립적 슬러지 처리공정의 효율을 높이는 동시에 슬러지의 높은 수분 함유로 인한 탈수시설의 경제적 비용 절감과 운전상의 문제점을 보완하여 적은 부지면적 내에서 연계 공정간 구성 효율을 증가시켜, 종래의 하수처리장 슬러지 처리 방식인 중력식 농축 및 가압부상농축 시설의 운영상 문제점을 보완하고, 슬러지 처리에 소요되는 약품 사용량을 절감시키므로서, 경제적 비용지출을 줄이는 동시에 농축슬러지의 함수 저감을 극대화하여 소화조의 원활한 처리를 유도함으로서 처리효율 개선 및 고도처리 효율증가를 위한 계면활성제 미세기포를 이용한 하수 슬러지 상압부상 고농축 방법에 관한 것이다.

계면활성제 미세기포, 분산/발포반응, 상압부상, 슬러지제거 장치, 함수율

Description

계면활성제 미세기포를 이용한 하수 슬러지 상압부상 고농축 방법{Method of sewage sludge flotation using surfactant micro bubble}

도 1은 본 발명상의 일실시예로서의 하수슬러지 고농축처리 장치의 전체적인 설치 상태를 도시한 배치도.

도 2는 미세기포를 도시한 확대도.

도 3은 혼합슬러지 배관에서 이루어 지는 현탁현상을 도시한 확대도.

도 4는 미세 현탁 혼합슬러지의 발포작용을 도시한 확대도.

도 5는 본 발명상의 부상조의 구조를 도시한 사시도.

도 5a ~ 도 5b는 도 5에서 처리조와 저장조의 단면도.

도 6은 도 5의 횡단면도.

도 7은 구동축과 구동축이 삽입되는 스크래이퍼를 도시한 사시도.

도 8은 스크래이퍼를 스크래이퍼 지지부 내에 삽입을 도시한 사시도.

도 9는 부상조 수면에 뜬 슬러지를 훑어내는 스크래이퍼의 동작을 도시한 순서도.

도 10은 도 6의 일부절결 단면도.

도 11a는 종래의 부상공법을 이용한 하수처리 슬러지농축 처리공정도.

도 11b는 본 발명상의 하수처리 슬러지농축 처리공정도.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

10. 미세기포발생장치 20. 액상폴리머 용해장치 30. 혼합조

40. 부상조 50. 부상폴리머 수집장치 71. 레일

52. 프레임 53. 난간 54. 철망

55. 구동모터 56. 모터풀리 56'. 동력전달 벨트

57. 구동축 풀리 60. 구동축 70. 휠 76. 체인 77. 레일풀리 81,81'. 회전축

p. 폴리머

본 발명은 상압에서 생성된 계면활성제 미세기포를 이용한 슬러지의 부상농축 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 계면활성제 단분자로 구성된 기포를 20,000 ~ 30,000mg/ℓ의 고농도 혼합슬러지(생슬러지와 잉여슬러지)에 접촉시켜 분산작용과 이온특성에 따른 전위중화의 기전 작용을 동시에 유발시키므로써 혼합슬러지와 이에 포함된 콜로이드성물질 및 유기 고형물 등에 별도의 무기응집제를 투여치 않고 우선적으로 미세 고형화(조질화)를 유도한 후 계면활성제 미세기포를 슬러지 고형물에 발포시키는 계면활성제 미세기포를 이용한 하수 슬러지 상압부상 고농축 방법에 관한 것이다.

또한, 전체 하수처리 공정상의 농축 슬러지 함수율을 줄이기 위해, 악영향을 미치는 하수 미생물 슬러지의 미생물 분비물의 주성분인 다당류, 단백질, 핵산과 수분이 많이 포함된 약간의 겔 상태의 점저당물질 등을 전위중화 및 분산반응으로 조질화를 통해 농축슬러지의 함수개선과, 고분자 응집제의 응결반응을 위한 고분자 응집제의 사용량(kg)을 기존의 혼합슬러지 처리시 투여되는 혼합슬러지의 DS(Dry Solide)kg 대비 0.4% 이상에 비해 그 이하의 적은 량으로도 신속히 반응시킬 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명상의 계면활성제로 생성된 기포는 고분자응집제 응결 과정 중 응결물 내 기포의 발포 현상을 유도할 수 있어, 종래의 응결 반응후 생성된 혼합슬러지 고형물에 기포를 분사 주입하여 부착 시키는 기존 부상방법과는 대별되어 슬러지의 농축효과를 얻을 수 있다.

상술한 방법은 하수 슬러지 내 미생물특성과 하수슬러지 내에 포함되어 있는 오염물질의 미세응집 반응에 계면활성제의 분자 특성을 이용함과 동시에 계면 분자내 내제된 기포를 혼합슬러지 응결 고형물내에 기포가 발포되게 하고, 미세하게 다량으로 발포된 기포의 부력에 의해 고농축 시키는 방법으로 기포의 탈리현상 없이 큰 부력을 부여할 수 있는 농축슬러지를 얻을 수 있다.

고형물 내부에 발포된 계면활성제 미세기포의 큰 부력과 계면분자의 액상과 기상, 고상간 계면활성 반응에 의하여 빠른시간에 많은 고형물을 부상농축시킬 수 있어, 기존 공법에 비해 높은 함수율 저감을 얻을 수 있는 것이다.

상기와 같은 방법으로 얻어진 농축슬러지는 35,000 ~ 60,000 mg/ℓ정도의 고농축 슬러지층이 형성되며, 슬러지 상호간 자유수와 간극수 저감으로 인하여 고농축되므로 점도가 증가하고, 슬러지층의 전단률이 높아져 응결 농축된 고형물의 제거시 종래의 루버 플레이트식 스크레이퍼를 이용하여 일방향으로 밀어 제어하기가 용이치 못한 성상을 가지게 된다.

이러한 고농축된 고밀도의 슬러지의 제거시 발생되는 전단 현상과 쏠림현상을 방지하고, 효율적 제거를 위해 종축회전과 동시에 슬러지층 상부에서 훑어 퍼내는 슬러지 제거방법이 필요하며, 유입되는 슬러지량과 제거시키고자하는 슬러지의 물질수지가 맞도록 회전속도 및 전방진행속도의 조작이 용이한 적합한 슬러지 제거장치가 구성되어 장착되어야 한다.

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본 발명은 종래의 물리·화학적 단위조작 중 하수처리장의 1차처리 침전조의 생슬러지 및 2차 생물학적 처리 후, 발생되는 미생물 잉여 슬러지 또는 혼합슬러지의 처리대상 유기고형물 및 콜로이드성 물질의 개별적 처리가 가능하고, 동시에 합류하여 처리함으로서 개별공정상 유발되는 경제적 비용 저감과 효율증가를 개선하여 고도처리시설의 신설 및 증설에 필요한 농축방법을 제공하고 빠른 시간 내 생물학적 인방출을 최소화할 수 있으며, 1차 슬러지와 잉여슬러지 또는 혼합된 슬러지를 안정적으로 고농축하는 부상농축에 관한 발명이다.

슬러지 농축에 있어, 단위조작의 방법은 화학적 약품을 이용하여 대상처리물질을 조대화한 후 자연적 중력을 이용한 응집 침전방법과 인위적으로 기포를 생성시켜 그 부력에 의해 조대해진 고형물을 분리시키는 부상공법으로 대별되는데, 상기 중력식 응집·침전방법은 고전적으로 수리학적 체류시간을 고려하여 약품을 첨가하여 침전 조대물을 자연적으로 침전시켜 그 효율을 얻는 방법을 말한다.

상기 중력식 응집·침전방법은 자연 중력에 의존하여 고액분리를 유도하기 때문에 처리 후, 고형물이 혼합된 처리수의 분리시간이 장시간 필요하며, 설치 부지면적이 부상공법에 비해 3 ~ 5배 이상 필요로 하고, 침전조와 농축조등의 후속 복합시설등이 필요하고, 슬러지의 체류시간이 길어 잉여슬러지의 생물학적인 방출로 인한 2차적 오염원인이 될 수 있다. 또한, 슬러지 농축효율이 현저히 떨어져 2차적 탈수시설을 요하는 고비용을 유발하며, 초기 시설비용이 많이 들고, 유량대비 면적에 비하여 난류의 영향을 많으며, 고형물의 탈수 및 조대화를 위하여 많은 약품이 소모되며 투입되는 약품사용 종류와 량에 따라 탈수시설과 연계 되어 그 효율이 많이 좌우된다.

그리고, 유체내 고형물은 침전조내 체거름 현상(sweeping)이 거의 발생되지 못하므로 미세한 플럭(floc)이 분리되지 못한 상태에서 넘쳐 흘러 투입된 약품비용에 상응하는 효율을 얻기 힘들고, 후단 연계처리시 반류수에서 분리되지 못한 고형물로 인해 연계처리 및 전체 공정상에 악영향을 미칠 수 있으며 자연 침전 농축되어진 고형물의 함수율이 매우 높아 별도의 농축조등의 시설이 소요되고 고비용의 탈수시설과 운영비를 필요로 한다.

이와 같은 문제점을 보완하기 위해, 구조적 변경 및 고효율 약품을 사용하여 중력대비 침전속도를 상승시키는 고속침전 방식이 있으나, 여전히 유지비용과 설치비용의 증가와 많은 부지면적을 줄일 수 없는 문제점이 있다.

그리고, 상기 중력식 침전방식의 문제점등을 극복하기 위하여 종래의 용존공기 부상법(DAF)을 활용하여 실제 현장에서 가장 많이 상용화 되어 사용되고 있으나, 그 설비시설이 노후화되어 탁월한 대체 공법의 개발이 시급한 실정이고, 설치당시의 공법적용이 저농도부하 처리의 정수분야였기 때문에 고농도, 고부하의 슬러지 농축과 산업하수부분의 고액분리장치로 그 효율과 경제성에서 특성에 맞게 개발되지 못하여 현장 운전에 많은 문제점을 유발시키고 있다.

이러한 문제점은 기계적인 가압시설을 이용하여 반송수내 공기를 용존시켜 노즐을 통하여 감압상태로 유도시 발생되는 미세기포를 이용하는 방법을 이용하게 하므로써 농도부하가 높은 경우에는 공기의 용존율이 낮아져 부상효율을 얻지 못하고, 3 ∼ 5기압 등의 높은 압력을 발생시키는 가압시설을 필요로 하며, 고부하로 인한 잦은 고장 및 높은 전력소모 등의 비용문제가 발생되었다.

또한 고액분리 효율증가를 위하여 기포를 생성시키기 위해 많은 량의 반송수량이 부상분리조에 반영되므로 시설이 거대해질 뿐 아니라, 운전이 용이치 못해 운전자가 시설운영 유지를 기피하고 있는 실정이다.

또한 생성된 기포의 크기가 조대하여 많은 비용으로 약품처리된 고형물이 부상할 때, 슬라이딩 현상에 따른 기포파괴를 가져오기 때문에 유출수의 수질이 악화되는 경향이 있으며, 미세한 핀플럭(pin-floc) 제거가 용이하지 못해 연계처리시 많은 악영향을 미칠 수 있고, 기계적으로 가압수유출부 노즐막힘 현상과 반송수 수질에 의한 기포용 해도변화에 따라 고정적 기포공급의 어려움과, 응집·침전방식과 같이 단일 약품처리로 인한 고액분리가 어려워 비용 증가의 원인이 되어 왔다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 계면활성제 기포를 이용함에 있어 하수 농축에 관련한 침사지 생슬러지와 최종침전지 잉여슬러지 또는 혼합슬러지의 농축방법을 계면활성제로 생성된 기포를 이용한 계면화학적 반응을 유도하여, 종래의 하수처리장의 중력식 농축 및 슬러지 부상농축시설의 시설운영상 단점을 극복하며 소모되는 약품절감과 농축슬러지의 함수저감을 극대화하여 소화조의 원활한 처리를 유도함으로서 전체 처리효율 개선, 고도처리 효율증가와 시설의 비용을 절감시키는데 있다. 그리고, 함수율 감소와 반류수의 처리효율을 증가시켜 처리장의 처리효율을 높이는 동시에 선차적 슬러지 농축처리를 고효율적으로 이루워 탈수시설의 경제적 비용절감과 운전상의 문제점을 해결하고 적은 부지면적 내에서 높은 효율과 운전자의 유지관리가 용이한 계면활성제 미세기포를 이용한 하수 슬러지 상압부상 고농축 방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명을 첨부된 도면에 의해 본 발명방법을 수행할 관련 장치를 일실시예로 들어 설명한다. 도 1은 일실시예로서의 하수슬러지 고농축 처리장치의 배치설명도이다.
본 발명방법을 적용하기 위한 일실시예로서의 장치는 하수가 유입되는 배관(16)과, 하수를 공급하는 펌프(15)와, 상기 배관(16)에 계면활성제 미세기포를 주입하기 위한 미세기포 발생장치(10)와, 폴리머를 생성하는 액상폴리머 용해장치(20)과, 상기 미세기포가 주입된 하수와 폴리머가 주입되는 혼합슬러지 유입구(33)와 폴리머 주입구(32)가 형성된 혼합조(30)와 상기 혼합조의 내부에 교반기(31)과 챔버(34)와 혼합슬러지 배출공(35)을 구성한다.
상기 장치에는 혼합슬러지 배출공(35)에 연결되는 부상조(40)와, 상기 부상조(40)는 하수가 유입되는 처리조(41)와 저장조(42)로 나뉘고, 상기 처리조(41)는 별도의 칸막이(43)에 의해 슬러지 부상처리조(41a)와 처리수 유출조(41b)로 구획되고, 상기 부상조(40) 상면에 부착된 레일(71) 위를 이동하는 부상슬러지수집장치(50)와, 상기 부상슬러지수집장치(50)에 의해 수거된 슬러지를 이송하기 위한 컨베어(80)와, 상기 부상조에서 처리수를 배출하기 위한 텔레스콥밸브(45)가 구성되어 계면활성제를 이용한 혼합슬러지의 상압부상 농축과 상기 하수슬러지 상압 부상농축이 이루어진다.
본 발명에서는 하수슬러지와 계면활성제 미세기포간 선차적 미세입자를 유도 생성하기 위하여 계면활성제를 혼합슬러지 Ds(kg) 대비 0.05% ~ 0.1%(W/W%) 범위내에서 사용한다. 또한, 처리대상 하수슬러지량 대비 5% ~ 10%(V/V%)의 반송수와 상기 희석액을 이용하여 계면활성제 미세기포를 발생시켜 기포의 유상액(기포액)을 하수슬러지에 주입하여 혼합슬러지와 계면활성제 단분자간 상호 입자화 반응을 진행시킨다. 상기 본 발명에 의한 혼합슬러지와 계면활성제 단분자간의 상호 입자화 반응은 기포구성물질인 계면활성제 단분자가 액체/고체상에서 유화, 분산 반응토록하여 입자간 전위를 중화하고, 이에 따라 하수슬러지를 미세 입자화한 후, 액상포리머 용해장치에 공급되는 혼합슬러지 Ds(kg) 대비 0.15% ~ 0.2%(W/W%)의 농도의 고분자 응집제를 공급하여, 혼합슬러지와 계면활성제 미세기포가 고형화 응결 과정 중 하수슬러지 고형물에 발포되도록 한다.

본 발명상의 계면활성제 미세기포를 이용한 하수 슬러지 상압부상 고농축 방법을 이하, 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명상의 부상공법을 이용한 하수처리 장치의 전체적인 설치 상태를 도시한 일실시예로서의 배치설명도이다.

본 발명상의 부상공법을 이용한 하수처리 장치는 미세기포발생장치(10), 액상폴리머용해장치(20), 혼합조(30), 부상조(40), 부상폴리머수집장치(50)로 구성된다.

상기 미세기포 발생장치(10)는 본원 발명자가 연구개발하여 등록된 특허등록번호 제0338795호 "이중막으로 형성되는 초미세기포를 생성하기 위한 방법 및 장치"로서 초미세 기포를 발생시키는 것으로 개시되어 있으므로 여기에서 그 구성에 대한 설명은 생략한다.

상기의 미세기포 발생장치(10)에 의해 생성되는 기포생성 반류/반송수는 처리대상 원수(하수슬러지)량 대비 5% ~ 10%(V/V%) 소모되며, 물량 증가시 기포의 이온력 저하현상이 일어날 수 있고, 물량 감소시 생성기포량이 줄어 필요량을 충족시킬 수 없게 되며 기포의 공기함유 체적이 상대적으로 낮아지게 된다.

따라서, 기포 생성 필요 용수의 양은 본 발명에서도 처리대상 원수의 총고형분 농도와 연계성을 갖고 있어 시운전시 상기 범위인 원수량 대비 5% ~ 10%(V/V%) 내에서 조정하는 것이 바람직하다.

상기 미세기포발생장치(10)로 공급되는 계면활성제는 하수의 잉여슬러지나 생슬러지의 고액농축시 그 농도는 혼합슬러지 Ds(kg) 대비 0.05% ∼ 0.1%(W/W%)의 공급 범위내에 있어야 한다.

만약, 적정 주입량이 주입되지 못하였을 때에는 기포 생성에 균일성이 떨어지고 초기 고형물 반응시 분산현상유도농도에 미치지 못하여 계면활성제와 고형물과의 분산 반응유도가 떨어져 고형물 입자가 작아질 수 있다. 또한 이 범위를 초과할 경우 과잉공급으로 비용 효과가 떨어진다.

상기 미세기포발생장치(10)에서 발생된 계면활성제기포는 혼합슬러지와 같이 공급펌프(15)에 의해 배관(16)에 공급되고, 상기 배관(16)은 혼합조(30)내에 구비된 챔버(34)로 연결되어, 혼합슬러지가 이 혼합조(30) 안으로 유입된다.

상기 혼합조(30) 내에 구비된 챔버(34)는 계면활성제 기포와 혼합슬러지가 유입되는 유입관내 측면에 설치되어서 교반하기 전에 혼합조(30)에서의 포리머와 계면활성제 기포와 혼합슬러지의 분산반응이 자연적으로 일어나도록 한다.

종래에는 약품 주입 후 생성된 응집 고형물이 부상조(40)로 유입할 때 버블(bubble)이 하나의 배관에 합류되거나, 조내에 분사시켜 버블의 제어가 힘들고, 분사가 되더라도 버블사이즈(bubble size)가 매우 커, 플럭(floc)의 형성이 되지 않아 오버플로우(over flow) 등으로 처리효율이 저하되었었다.

하지만, 본 발명은 미세기포가 혼합슬러지와 접촉할 때 미세 플럭(floc)이 형성되고, 함유된 기포가 고분자응집제 투여시 알카리도, 수소이온농도의 화학적 환경에 영향을 받지 않고, 혼합슬러지내에 발포되어 기포를 머금은 혼합슬러지 고형물이 부상조(40)로 유입된다.

본 발명상을 통하여 기존의 효율저하에 영향을 미치던 플럭 해체현상을 없애고, 혼합슬러지 고형물간의 체거름 현상(sweeping)을 얻을 수 있어 오버플로우되는 핀-플럭(pin-floc)이 거의 없어 처리효율이 뛰어나며, 부상농축 후 처리수의 고형물 회수율이 98%이상이 되어, 부상농축된 혼합슬러지 고형물의 함수율을 현저히 떨어뜨려 이 고형물을 농축분리해 낼 수 있다.

도 3은 혼합슬러지 배관(16)에서 혼합슬러지와 이중막초미세기포의 현탁현상을 도시한 도면이다.

상기 배관(16)내에 주입되는 계면활성제 기포는 상기에 언급한 농도와 주입률 범위내에서 0.1㎛ ∼ 0.001mm 사이의 혼합슬러지내 미생물군집과 콜로이드 물질 및 유기고형물등의 액상과 경계면의 계면을 소수·친수의 화학적 특성에 의해 감싸게 되고, 1차 계면화학적 반응인 분산 현탁현상(suspension)을 유도하여 약품을 첨가하지 않고도 고형물의 조대화를 유도할 수 있으며 이러한 작용을 유도하기 위해서는 계면분자의 고유 이온력과 계면상간의 현상을 이용한다.

만일, 계면활성제 기포의 농도가 범위이상의 경우 전위 중화 범위를 벗어나, 분산 현탁현상을 저해하여 해체되며 범위 이하의 경우 분산 현탁 정도가 적어지는 현상이 나타난다.

계면활성제 기포(b)와 반응해 조대화된 고형물은 배관(16)을 따라 혼합조(30) 내의 챔버(34)로 유입되고, 상기 챔버(34)에서 상술한 현탁현상으로 미세 현탁화가 이루어진다.

계면활성제 기포가 유입된 혼합슬러지가 유입되는 배관(16)과 폴리머가 유입되는 폴리머 공급배관(22)은 각각 혼합조(30)의 혼합슬러지 유입구(33)와 폴리머주입구(32)에 연결되고 이들은 혼합조(30)내에 유입되어 혼합되는데, 상기 혼합조(30)는 그 내측에 설치되는 챔버(34)와, 혼합슬러지의 교반을 위해 혼합조 내에 설치되는 교반기(31)와, 폴리머주입구(32), 혼합슬러지유입구(33)를 구성하며 혼합슬러지배출관(35)을 통하여 부상조(40)과 연결된다. 혼합조(30)의 수위는 부상조와 수위가 동일하여 자연 유하가 이루어지도록 한다.

상기 챔버(34)는 상부가 개방되어 챔버(34) 내에 유입되는 혼합슬러지와 폴리머의 수위가 챔버의 높이 이상이 되면, 월류되어 상기 교반기(31)가 설치된 혼합조(30) 내로 유입된다.

상기 교반기(31)는 혼합조(30)에 유입되는 폴리머(p)와 조대화된 고형물의 혼합반응을 촉진시키고, 그 교반기(31)의 교반속도는 30 ~ 200rpm이 바람직하다.

상기 폴리머주입구(32)는 혼합조(30)에 폴리머(p)를 공급하는 액상폴리머 용해장치(20)와 연결되고, 액상폴리머의 용이한 공급을 위해 상기 액상폴리머 용해장치(20)와 혼합조(30) 사이에는 폴리머약용정량펌프(21)가 설치된다.

도 4는 기포가 발포된 미세 현탁 혼합슬러지의 집합을 통한 거대화를 나타낸다. 즉, 폴리머(p)의 교각작용을 통해 슬러지의 거대화가 이루어지는데, 이때 거대화된 미세 현탁 혼합슬러지는 기포가 내제된 상태에서 유기응집제(폴리머)로 공급되므로, 발포된 거대화 고형물은 많은 개수의 계면활성제 기포(b)를 포함하고 있어, 고형물의 공기 체적이 커져서, 부상조(40)로 이동할 때, 빠른 속도로 부상하면서, 낮은 함수율로 농축 고액분리된다.

상기 고분자 응집제로 사용되는 폴리머는 고체분말 타입 또는 에멀젼 타입 모두 사용가능하며, 기존 시판되는 고분자응집중 폴리 아크릴 아마이드계열(음이온)은 잉여슬러지의 SVI(슬러지 침강 지표)가 떨어지는 경우 사용되며, 그 외 디케틸 아미노 에틸 메타크릴레이트계(양이온),디메틸 아미노 에틸 아크릴레이트계(양이온),아미진계(양이온)은 SVI(슬러지 침강 지표)에 큰 영향없이 혼합슬러지에 사용이 가능하다.

또한, TS 부하량 대비 고분자응집제 사용량은 종래의 농축 혼합슬러지를 35,000 ~ 60,000 mg/ℓ정도의 고농축 슬러지층을 얻기 위해 혼합슬러지 Ds(kg)대비 0.3 ~ 0.4%(W/W%)가 필요로하나, 본 발명상으로 계면활성제 기포의 분산현탁 및 발포를 유도하면 혼합슬러지 Ds(kg)대비 0.15 ~ 2%(W/W%)로 비교적 낮은 주입률에서 높은 농축효과를 얻을 수 있어 종래의 부상공법보다 약품사용량과 약품사용비용을 절감하는 경제적 효과가 있다.

상기 혼합조(30) 내부에서 발포되고 응집된 거대화 고형물은 혼합슬러지 배출관(35)을 통해 부상조(40)로 이동하고, 부상조(40)으로 이동된 거대화 고형물은 부상조의 수면을 부상하며, 이 거대화 고형물은 부상슬러지 수집장치(50)를 통해 수집, 제거된다.

도 5a는 부상조(40)와 부상조(40) 상면에 설치되는 부상슬러지수집장치(50)를 도시한 전체 사시도이고, 도 5b는 부상 슬러지수집장치에 의해 수집된 슬러지를 처리하기 위해 처리조 내부에 설치되는 컨베이어 벨트를 도시한 단면도와, 저장조에 의 단면을 도시한 단면도이다.

상기 부상조(40)는 혼합조(30)에서 응집/발포 반응후 이송된 슬러지가 유입되는 처리조(41)와, 부상슬러지수집장치(50)에 의해 수집된 슬러지를 보관하는 저장조(42)로 나눠지고, 처리조는 별도의 칸막이로 슬러지 부상처리조(41a)와 처리수 유출조(41b)를 구획한다.

상기 처리조(41)에는 하부가 개방된 별도의 칸막이(43)가 설치되고, 이는 거대화 고형물이 저장조로 이동됨과 동시에 부상하여 수면 위에 부유하게 되므로, 부유물이 처리수 유출조(41b)로 넘어가는 것을 방지하기 위해 설치된다.

상기 거대 고형물 아래의 정화된 처리수는 칸막이 개구부(43a)를 통해서 처리수 저장조로 이동되며, 처리수 저장조에는 텔레스콥밸브(45)를 설치하여 저장조와 처리수 저장조의 수위를 조절하고, 정화된 처리수는 텔레스콥밸브(45)를 통해 이동된다.

상기 텔레스콥밸브(45)는 종래에 사용되는 밸브로 그 설명은 생략한다.

상기 부상조(40) 상면에는 부상슬러지수집장치(50)가 이동하기 위한 레일(71)이 설치되어 있다.

상기 부상슬러지수집장치(50)는 정면이 "

"로 된 프레임(52) 상면에 사용자가 프레임(52) 상면에서 떨어지는 것을 방지하기 위해 난간(53)을 설치한다.

부상조(50)의 작업현황을 작업자가 육안으로 확인하기 위해 프레임(52) 상면은 개방하고, 개방된 상면에는 철망(54)을 부착하여, 부상조(40)에서 일어나는 작업현황을 쉽게 파악할 수 있도록 한다.

프레임(52) 상면에는 부상된 슬러지를 제거하기 위한 스크류(59)와 스크래이퍼(58), 휠(70)을 동작시키는 구동모터(55)가 부착되어 있다.

상기 구동모터(55)는 모터축에 연결된 모터풀리(56)와 동력전달 벨트(56')에 의해 구동축 풀리(57)에 연결된다.

상기 구동축 풀리(57)는 스크래이퍼(58)과 스크류(59)를 구동시키며, 구동축 풀리에 연결된 구동축(60)은 프레임(52)의 측면에 의해 지지된다.

도 7은 구동축(60)과 구동축이 삽입되는 스크류 하우징(61)을 도시한 사시도이다.

상기 구동축에는 스크류(59)가 형성되어 있으며, 스크류(59)는 스크류 하우징(61)내에 위치하고, 스크류 하우징(61)의 외측면에는 다수개의 스크래이퍼(58)가 부착되고, 스크래이퍼에는 다수개의 슬러지 유입공(62)을 형성하여 스크래이퍼(58) 에서 긁어 낸 슬러지가 유입될 수 있도록 한다.

도 8은 스크래이퍼(58)를 스크래이퍼 지지부(63) 내에 삽입을 도시한 사시도로, 스크래이퍼 지지부(63)는 하부가 개방되어 스크래이퍼(58)가 회전할 때 슬러지를 수집할 수 있도록 한다.

상기 구동축 풀리(57)는 구동모터(55)에서 발생되는 동력을 전달받는 동시에 휠(70)을 작동시키는 레일풀리(77)를 작동시키기 위해 체인(76)으로 구동축 폴리(57)과 레일풀리(77)을 연결한다.

상기 레일풀리(77)는 휠(70)에 연결되어서 부상슬러지수집장치(50)가 부상조 상면에서 움직일 수 있도록 한다.

상기 휠(70)은 그 단면형상이 'H'형태가 되도록 형성하여 레일(71)에서 벗어나지 않도록 하고, 레일풀리(77)에서 나온 레일축(75)은 프레임(52) 측면에 연결되어 지지된다.

도 9는 부상조에 수면에 뜬 슬러지를 긁어내는 스크래퍼의 동작을 도시한 단면도로, 구동모터(55)에 의해 발생된 회전력이 구동축풀리(57)에 전달되고, 상기 회전력은 스크류(59)와 스크래이퍼(58)를 회전시킨다.

스크래이퍼(58)에 의해 긁힌 슬러지는 스크래이퍼가 회전하면서 스크래이퍼 하우징(61)의 내측으로 이동시키고, 내측으로 이동된 슬러지는 슬러지 유입구(62)에 의해서 스크래이퍼 내부로 유입된다.

상기 슬러지 유입구(62) 내부로 유입된 슬러지는 상기 스크래이퍼 내부에 설치된 스크류(59)에 의해서 스크래이퍼의 측면에 설치된 슬러지 배출구(63a)로 이송 되며, 연속적이 스크류의 회전에 의해 슬러지는 저장조(42)로 이송된다.

상기 저장조(42) 내에는 슬러지의 제거를 위해 컨베어(80)가 설치되는데, 상기 컨베어(80)는 처리조로 이송된 슬러지를 처리하는데, 상기 컨베어(80) 양단에 설치된 회전축(81)(81')은 슬러지를 하단에 위치한 슬러지 수집통으로 보내기 위해 위상차를 가지며, 컨베어의 운전은 높은곳에서 낮은곳으로 이동하면서, 컨베어 벨트(83) 상면의 슬러지를 수집통(82)으로 이동시킨다. 상기 컨베어의 하단 회전축(81')에는 컨베어에 의해서 이동된 슬러지가 모이는 슬러지 수집통이 구비되고, 수집통에 연결된 배출펌프가 설치되어서 처리조의 슬러지를 제거한다.

상기 컨베이어(80)은 외부에 설치된 구동모터(84)에 연결된 벨트(85)에 의해 컨베어의 회전축(81)에 동력이 전달된다.

상기와 같이 이루어지는 계면활성제를 이용한 혼합슬러지의 분산·발포 반응 유도 방법과 이를 이용한 상압부상 농축 장치는 도 11a에 기재된 것과 같이 종래의 하수에 무기응집제를 투입하여 응집작용을 유도하고, 상기 응집작용 후 폴리머를 투입해 응결작용을 유도한 후 기포분사주입을 통해 부상시키는 방법과 달리 도 11b에 도시된 것과 같이 하수에 계면활성제 기포를 혼입시켜, 혼합슬러지와의 분산작용과, 폴리머의 주입으로 발포부상작용으로 부상조의 상면으로 부상된 혼합슬러지를 수거하는 방법이다.

본 발명은 계면활성제 기포를 이용해 생슬러지와 잉여슬러지 또는 혼합슬러지의 농축방법을 계면활성제로 생성된 기포를 이용한 계면화학적 반응을 유도하므로써, 종래의 하수처리장의 소모되는 약품절감을 통한 경제적 비용지출을 보완하고, 또한 농축슬러지의 함수율 저감을 극대화하여 소화조의 원활한 처리를 유도하므로써 전체 처리효율 개선, 고도처리 효율증가와 시설의 비용을 절감시키고, 함수율 감소와 반류수의 처리효율을 증가시켜 처리장의 처리효율을 높이며, 탈수시설의 경제적 비용절감과 운전상의 문제점을 해결하고 적은 부지면적 내에서 높은 효율과 운전자의 유지관리가 용이하도록 하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 하수슬러지와 계면활성제 미세기포간 선차적 미세입자화를 유도생성하기 위하여, 계면활성제를 혼합슬러지 Ds(kg) 대비 0.05% ~ 0.1%(W/W%) 범위로 사용하고, 처리대상 하수슬러지량 대비 5% ~ 10%(V/V%)의 처리반송수를 기포 발생수로 사용하여 미세기포 생성장치내에서 기포체적이 하수 슬러지량 대비 20% ~ 30%(V/V%)가 되도록 계면활성제 미세기포를 유상액 상태로 발생시켜 하수슬러지에 주입하여 상기 혼합슬러지와 계면활성제 단분자간 상호 입자화 반응을 진행시키고, 이 상호 입자화 반응은 기포구성물질인 계면활성제 단분자가 액체/고체상에서 유화, 분산, 반응토록하여 입자간 전위를 중화하며, 이에 따라 하수슬러지의 미세 입자화가 진행된 후, 액상포리머 용해장치에서 혼합슬러지 Ds(kg) 대비 0.15% ~ 0.2%(W/W%)로 고분자 응집제를 공급하여, 혼합슬러지와 계면활성제 미세기포가 고형화 응결 과정 중 하수슬러지 고형물에 발포되도록 함으로써 하수슬러지 내부에 다량의 기포체적을 부여하여 상압에서 하수슬러지와 고형물을 농축시키는 것을 특징으로 하는 계면활성제 미세기포를 이용한 하수 슬러지 상압부상 고농축 방법.

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